PREMIEREEnseignement scientifique - SVT

2019-2020

Thème 1- Une longue histoire de la matière

Thème 2 – Le Soleil, notre source d’énergie

Thème 3 –La Terre, un astre singulier

Thème 4 – Son et musique, porteurs d’information

4 thèmes

3 Objectifs 1- Comprendre la nature du savoir scientifique et ses méthodesd’élaborationLe savoir scientifique résulte d’une construction rationnelle. Il se distingue d’unecroyance ou d’une opinion. Il s’appuie sur l’analyse de faits extraits de la réalitécomplexe ou produits au cours d’expériences. Il cherche à expliquer la réalité par descauses matérielles.

2- Identifier et mettre en œuvre des pratiques scientifiquesObserver, décrire, mesurer, quantifier, calculer, imaginer, modéliser, simuler, raisonner, prévoir le futur ou remonter dans le passé.

3-Identifier et comprendre les effets de la science sur les sociétés et sur l’environnement Les sociétés modernes sont profondément transformées par la science et ses applications technologiques. Leurs effets touchent l’alimentation (agriculture et agroalimentaire), la santé (médecine), les communications (transports, échange d’information), l’apprentissage et la réflexion (intelligence artificielle), la maîtrise des risques naturels et technologiques, la protection de l’environnement, etc.

Thème 1 – Une longue histoire de la matière

IntroductionL’Univers s’est formé il y a 13,7 Ga donnant naissances auxplus petits éléments chimiques, les atomes. Ces atomes sesont ensuite organisés en unités de plus en plus complexesjusqu’ à l’apparition de la Vie il y a 3,5 Ga.

Problématique :Comment les éléments chimiques se sont-ils formés ?Qu’est-ce que la radioactivité ?Comment sont organisés les cristaux ? (PC)Quelle est la structure de la matière minérale ?Quelle est l’organisation de la matière vivante ?

I- Un niveau d’organisation : les éléments chimiques

1) Les éléments chimiques dans l’Univers

Objectif : Comprendre l’origine des éléments chimiques et leur répartition dans l’Univers

TP1

1- La répartition des éléments chimiques dans la matière vivante et dans la matière inerte Durée conseillée : 20 minutes

2- L’origine des éléments chimiques Durée conseillée : 25 minutes

Après avoir visionné le film « la naissances des éléments chimiques » et analysé ledocument 3, expliquez en quelques lignes comment se sont formés les différentséléments chimiques présents sur Terre, dans la matière inerte et dans la matièrevivante.

A la maison- Questions 1 à 3 page 25 (Hatier)- Pour aller plus loin (spécialité physique) : exercices 3 et 4 page 32

Correction activité 1

0

10

20

30

40

50

60

70%

Eléments chimiques

Croûteterrestre

Eau de mer

Etre humain

-Les noyaux des atomes sont produits au sein desétoiles lors de la nucléosynthèse stellaire à partir del’hydrogène initial. Des réactions de fusion nucléairepermettent la formation de noyaux de plus en plusgros.

-La matière connue dans l’Univers est forméeprincipalement d’hydrogène et d’hélium. La Terre estsurtout constituée d’O, H, Fe et Si alors que les êtresvivants sont principalement constitués de C,H,O et N.

Bilan 1 Livre page 30 §1

2) La radioactivité et la datation au carbone 14

TP2Objectif : Comprendre le phénomène de la radioactivité et son intérêt pour dater des échantillons vieux de plusieurs milliers d’années.Capacités Activités Pour réussir

S’informer A l’aide du document 1, rappeler ce que représente

la formule atomique des éléments chimiques et ce

qui distinguent les isotopes d’un élément.

Expliquer la découverte faite par Marie Curie.

Rédiger des réponses courtes, correctement

formulées.

Souligner les éléments importants de vos

réponses.

A l’aide du document 2, écrire les équations de

formation et de désintégration du 14C.

Expliquer pourquoi le 14C permet de dater un fossile

par exemple.

Utiliser le document 3 p 24 (formation du 14C)

et le document 2 distribué (désintégration du 14C).

Expliquer la disparition du 14C dans un

organisme après sa mort.

Réaliser A l’aide du logiciel Radiochronologie, déterminer la

demi-vie de 14C et calculer le nombre de noyaux

restant au bout de 2 puis 3 demi-vies.

Utiliser la fiche technique du logiciel et repérer

les axes du graphique présenté.

Raisonner Les peintures de la grotte Chauvet comptent parmi

les plus anciennes peintures rupestres connues.

En utilisant les informations apportées par le

document 3, dater par la méthode du 14C les deux

phases de fabrication de charbons de bois

Utiliser le logiciel Radiochronologie (onglet loi

de décroissance) pour déterminer l’âge des

échantillons étudiés.

A

Z

Élément chimique

Nombre de nucléons diffère en fonction des

ISOTOPES

Nombre de protons identique pour chaque atome

Les isotopes ont un nombre de neutrons différents

Equation de formation de 14C

Equation de désintégration du 14C

COURBE DE DECROISSANCE RADIOACTIVE DU 14C

N0 /2

T 2T

N0 /4

N0

N/N0Datation estimée avec

logiciel Radiochronologie

Fragments de charbons de bois prélevés sur les peintures

1,64% < > 2,70%Entre 29855 et 33980

ans

Fragments de charbons de bois prélevés sur les mouchages de torche

3,47% < > 4,37%Entre 25880 et 27770

ans

Datation des peintures rupestres de la grotte Chauvet

BILAN 2

Les noyaux de certains atomes, dits radioactifs,sont instables et se désintègrent naturellement. Ils se transforment spontanément et de façon irréversible en d’autres noyaux. Ces désintégrations s’accompagnent d’émission de différents types de rayonnements et se poursuivent jusqu’à l’obtention de noyaux stables.

La désintégration radioactive suit une courbe décroissante. La demi-vie T1/2 d’un noyau radioactif est la durée nécessaire pour que la moitié des noyaux soient désintégrés pour donner un autre noyau. (T1/2 du 14C = 5730 ans)

Les êtres vivants possèdent un taux de 14C constant. A leur mort ce 14C n’est plus renouvelé et on constate au cours du temps sa décroissance. Il est donc possible de calculer l’âge d’un échantillon en mesurant son taux de 14C (taux 14C /12C).

EXOUne momie a été découverte en Égypte dans la vallée des Rois. Son activité radioactive a été évaluée à 8,76 désintégration·min−1·g −1

1- A l’aide du document 2 et du logiciel radiochronologie(onglet datation), déterminer l’âge de la momie.

2- Peut-on utiliser la méthode de la datation au carbone 14 pour dater des dinosaures qui se sont éteints il y a 65,5 millions d’années ? Pourquoi ?

3- Exercices 6p.33, 11 et 13 p.34

Pour aller plus loin Exercices 15 et 16 p.35

II- Des édifices ordonnés : les cristaux.

1) La structure cristalline des roches.TP3

Objectif : Déterminer l’origine des différentes propriétés des roches

pour comprendre leur utilisation dans l’art.

Capacités Activités Pour réussir

S’informer Repérer les matériaux choisis pour

sculpter les trois têtes photographiées.

Se rappeler les 3 grandes familles de

roches.

Réaliser Utiliser l’échelle de Mohs (document

1) pour déterminer les propriétés

mécaniques de ces 3 roches.

A l’aide du logiciel Minusc et du

document 2, compléter votre

comparaison de ces trois roches

Procéder de manière organisée, par

échelle de taille.

Préparer son tableau avant de

commencer l’étude des 3 roches.

Communiquer Présenter vos résultats sous forme

d’un tableau de comparaison.

Donner un titre, réaliser un tableau à

double entrée.

Raisonner Expliquer comment la structure

cristalline d’une roche détermine ses

propriétés mécaniques.

Rédiger en argumentant sa réponse.

Buste en granite du pharaon

Amenemhat III, XIIe dynastie,

découvert à Mit Farès dans le

Fayoum (conservé au Musée

du Caire)

La forme massive de cette

sculpture et la forme

impressionnante de ce portrait

sont dues au choix du matériau.

Le granite ne permet que peu de

creusement. Les traits et les

attributs du pharaon sont

marqués par le réalisme des

traits du visage et la lourdeur de

la chevelure dont seule la partie

frontale est sculptée en bas

relief.

Tête en marbre, île de Chio, IIIe

siècle av. J.-C. (Musée de Boston)

On remarque le traitement de la surface

dont la transparence magnifie la lumière

enveloppant la sculpture comme une

peau et dont la forme est profondément

creusée.

Tête d'homme barbu en pierre

calcaire du Lutécien, Île-de-

France, fin du XIIe siècle

On observe un Visage marqué

par l'âge, à l'expression

émouvante, avec front souligné

de rides, arcades sourcilières

saillantes et grands yeux en

amande aux paupières

supérieures lourdes. Pas de poli

ni d’adouci du visage

ROCHE GRANITE CALCAIRE MARBRE

nature magmatique sédimentaire métamorphique

dureté

Minéral majoritaire

Composition chimique et structure

Propriétés mécaniques

Roches - Exemple : le granite

Les roches sont principalement

constituées d’un assemblage de

minéraux. L’observation à l’oeil

nu et les différents tests de Mohs

permettent de définir certaines de

leurs propriétés (dureté, densité,

couleur…)

Minéral – Exemple : le quartz

Les minéraux composent les

roches et sont eux-mêmes

constitués d’un assemblage de

cristaux. L’observation et la

détermination des minéraux se

fait avec un microscope

polarisant. La lumière polarisée

analysée prend des teintes

caractéristiques de chaque

minéral ce qui permet de les

distinguer.

Cristal – Exemple : le quartz

Ce sont des assemblages

d’atomes avec des formes

géométriques particulières qui

forment des structures répétitives

nommées maille.

Le calcaire est une roche sédimentaire constituée à plus de 50 %

de carbonate de calcium (CaCO3) et d'un pourcentage plus faible d'argile.

Le carbonate peut donner trois minéraux dits minéraux polymorphes :

- la calcite, stable à température ambiante

- l'aragonite, stable à haute température et haute pression.

- la dolomite qui est enrichie en carbonate de magnésium.

calcite

Nummulites

Lame mince de calcaire à nummulites (coquille d’animaux marins)

observé au microscope polarisant.

aragonite

Lame mince de marbre observé au microscope polarisant.

ROCHE GRANITE CALCAIRE MARBRE

nature magmatique sédimentaire métamorphique

dureté 7 3 5

minéral quartz calcite aragonite

cristal

SIO2 (Ca CO3)6 (Ca CO3)4

Propriétés mécaniques

Pas de creusement, prend l’adouci et le

poli

Roche tendre prend l’adouci mais pas de poli ni

de creusement

Prend l’adouci et le poli, pas de creusement

A la maison

Exercice 18 page 52 - Des structures cristallines existent aussi dans les

organismes biologiques

https://education.francetv.fr/matiere/sciences-de-la-vie-et-de-la-terre/premiere/video/le-verre-des-diatomees

BILAN 3

Les minéraux sont caractérisés par leur composition

chimique et leur organisation cristalline.

Une roche est formée de l’association de cristaux d’un

même minéral ou de plusieurs minéraux.

Des cristaux existent aussi dans les organismes

biologiques (calculs rénaux, nacre des coquillage, verre

des diatomées)

2) Origine de la structure cristalline des roches TP4

Objectif : Expliquer la différence de structure des roches

magmatiques rencontrées dans les Andes

Capacités Activités Pour réussir

S’informer Déterminer le lieu de cristallisation des

roches magmatiques proposées

(document 1)

Utiliser l’échelle de profondeur du document 1.

Réaliser Observer à l’œil nu, un échantillon de

granodiorite, et d’andésite.

Réaliser à l’aide du protocole distribué

une modélisation de la cristallisation de

la Vanilline.

Observer la couleur, la densité et la présence de

minéraux à l’œil nu.

Utiliser le document 2 pour légender les

minéraux des roches.

Faire un lien entre les cristaux de vanilline

observés et la structure minéralogique des

roches observées.

Communiquer Compléter le tableau de comparaison .

Raisonner Expliquer la différence de texture des

roches magmatiques des Andes

Rédiger une conclusion claire et argumentée.

https://www.youtube.com/watch?v=9bizykuQjfg

L’andésite (au Microscope polarisant en LPA)

La granodiorite

biotite

Microlite (= microcristaux

mélangés + verre*)

plagioclase

amphibole

plagioclase

biotite

amphibole

quartz

« Je sais que » la vanilline fondue s’est refroidie en cristallisant sur un glaçon.

Qu’en déduire quant à la vitesse de refroidissement du liquide chaud ? « J’en déduis que »

« Je sais que » la vanilline fondue s’est refroidie en cristallisant à température ambiante

OBSERVATIONS :« je vois que »

Roche Andésite Granodiorite

Localisation

au sein du

volcan

A l’œil nu

Minéraux

TEXTURE

Dans certains solides, l’empilement d’entités se fait sans

ordre géométrique contrairement aux cristaux : ces

solides sont dits amorphes (verre des roches

volcaniques, issu du refroidissement rapide d’une lave).

Selon les conditions de son refroidissement, une roche

peut présenter une structure cristalline ou amorphe.

BILAN 4

III- Une structure complexe : la cellule vivante.

Objectif : Analyser et interpréter des documents historiques relatifs à la

théorie cellulaire.

Situer les ordres de grandeur : atome, molécule, organite, cellule,

organisme.

TP51) Théorie cellulaire et exploration des cellules

Capacités Activités Pour réussir

Réaliser S’affronter par équipe au jeu Time’s Line et

réaliser une frise chronologique

Faire la mise au point sur un lymphocyte

dans une lame de sang

Questions 1 et 3 p 59

Communiquer Dessiner et légender le lymphocyte dans le

tableau fourni.

Compléter l’échelle de grandeurs fournie à

l’aide des résultats de la question 3 p 59

Dessin proche de la

réalité, traits de

légendes

horizontaux, titre

précis avec

grossissement.

L’invention au 17ème siècle, et le perfectionnement des

microscopes a permis d’observer des cellules. La

multiplication des observations par différents scientifiques a

permis de construire la théorie cellulaire.

Les trois principes majeurs de la théorie cellulaire :

• Tous les êtres vivants sont constitués de cellules

• La cellule est l’unité structurale du vivant

• Toute cellule provient d’une autre cellule par division.

Plus récemment, l’invention du microscope électronique a

permis l’exploration de l’intérieur de la cellule et notamment

des organites ; ils permettent aussi d’y distinguer des

grosses molécules comme l’ADN du noyau.

BILAN 5

Selon la théorie cellulaire tous les êtres vivants sont constitués de cellules, isolées les unes des autres et du milieu extérieur par leur membrane plasmique.

Comment la membrane plasmique isole l’intérieur de la cellule tout en permettant des échanges ?

TP62) La membrane plasmique des cellules

Milieu extracellulaire RICHE EN EAU

Milieu intracellulaire RICHE EN EAU = cytoplasme

La cellule est un espace fermé séparé de l’extérieur par

une membrane plasmique. Elle est formée d’une

bicouche lipidique dans laquelle s’insèrent des

protéines.

Ces molécules se caractérisent par des régions

hydrophiles en relation avec les milieux extra et

intracellulaires riches en eau, et par des régions

lipophiles ou hydrophobes au cœur des membranes.

Dans son environnement aqueux, la membrane plasmique

est stabilisée par les propriétés hydrophiles de ses molécules

mais elle reste souple et déformable. Les protéines en se

déformant permettent échanges et communication entre

l’intérieur de la cellule et son environnement (milieu

extracellulaire, autres cellules)

BILAN 6